第十二章：蛋白质降解和氨基酸的分解代谢(本)

水解位点
肽链
糜 蛋 白 酶
• 或胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）：R1= 苯丙氨酸Phe,色氨酸Trp,酪氨酸Tyr; 亮 氨酸Leu，蛋氨酸Met和组氨酸His水解稍 慢。
氨基酸的吸收
• 氨基酸的吸收：主要在小肠进行，是一种主 动转运过程，需由特殊载体携带。除此之外， 也可经γ-谷氨酰循环进行 。
• 从α-氨基酸开始的联合脱氨反应：
腺嘌呤核苷酸循环
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氨基酸的脱羧基作用
机体内部分氨基酸 可进行脱羧基作用 而生成相应的一级 胺。 催化脱羧反应的酶 称为脱羧酶。辅酶 为磷酸吡哆醛 。
• • •
•
说明： 氨基酸脱羧酶的专一性很高。 在脱羧酶中只有组氨酸脱羧酶不需要辅酶。 氨基酸的脱羧反应普遍存在于微生物、高等 动、植物组织中。 氨基酸脱羧后形成的胺，有许多重要的生理 作用。
6.1.3 尿酸的形成 • 排尿酸动物如陆生爬虫类和鸟类，以尿酸 作为氨基酸基排泄的主要形式。 •
说明：
• 尿素、氨、尿酸并不是自然氨基排泄 的仅有形式，
–蜘蛛以鸟嘌呤作为氨基氮的排泄形式。 –许多鱼类以氧化三甲胺作为排氮形式。 –高等植物则将氨基氮以谷氨酰胺和天冬酰胺形 式贮存于体内。
7
氨基酸碳骨架的氧化途径
4、甲硫氨酸活化为S-腺苷甲硫氨酸就可提供 甲基 • 甲硫氨酸是体内重要的甲基化试 剂，可以为很多化合物提供甲基。
9.2氨基酸与某些重要生物活性物质的合成
• 酪氨酸代谢与黑色素的形成： 酪氨酸酶遗传性缺陷可致白化病。
（2）D-天冬氨酸氧化酶 以FAD为辅酶。
（3）L-谷氨酸脱氢酶
该酶是能使氨基酸直接脱去氨基活力最高的酶。 存在于线粒体中。
1.2 氨基酸的非氧化脱氨基作用 • 1、 还原脱氨基作用
• 2、水解脱氨基作用
3、脱水脱氨基作用
以磷酸吡哆醛为辅酶
4、脱疏基脱氨基作用
5、氧化-还原脱氨基作用
1.3
6.1
氨的转运
• 氨在血液循环中的转运，需以无毒的形式 进行，将氨转运至肝脏或肾脏进行代谢。 利用谷氨酰胺进行转化 •
• 反应机理：
谷氨酰胺是中性无毒物质，容易透过细胞膜， 是氨的主要运输形式
• 谷氨酰胺由血液运送到肝脏后：
2、 通过葡萄糖—丙氨酸循环转运
丙氨酸通过血液运至肝脏：
丙氨酸-葡萄糖循环：肌肉中的氨基酸将氨 基转给丙酮酸生成丙氨酸，后者经血液循环 转运至肝脏再脱氨基，生成的丙酮酸经糖异 生转变为葡萄糖后再经血液循环转运至肌肉 重新分解产生丙酮酸，这一循环过程就称为 丙氨酸-葡萄糖循环。 • 在肌肉中，丙酮酸由糖酵解提供。 • 在肝脏中，多余的丙酮酸又可通过葡糖 异生作用转化为葡萄糖。 • 将丙酮酸与氨转化为丙氨酸，收到一举 两得的功效。
生理解毒作用
• 在肝脏中发生解毒作用。
• 氧化解毒：有毒物质在专一性酶的催化下， 被氧化成CO2/H2O/NH3,在排出体外。
• 结合解毒：有毒物质和机体内常有的无毒 物质结合，生成一种无毒的产物，随尿排 出体外。
第 二 部 分
分氨 解基 代酸 谢的
1
氨基酸的脱氨基作用
氨基酸失去氨基的作用称为脱氨基作用。 氧化脱氨基作用 非氧化脱氨基作用 氨基转换作用 联合脱氨作用
在物质代谢过程中常遇到一碳单位的转移，这类反 应需要一碳单位转移酶参加，这一类酶的辅酶为四 氢叶酸。
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携带甲基的部位是在N5,N10位。
各种不同形式的一碳单位四氢叶酸：
常见的一碳单位四氢叶酸衍生物
①N10-甲酰四氢叶酸（N10-CHO FH4）； ②N5-亚氨甲基四氢叶酸（N5-CH=NH FH4）； ③N5,N10-亚甲基四氢叶酸 （N5,N10-CH2-FH4）； ④N5,N10-次甲基四氢叶酸 （N5,N10=CH-FH4）； ⑤N5-甲基四氢叶酸（N5-CH3 FH4）。
再氨基化为氨基酸。 转变为糖或脂： 氧化供能：进入三羧酸循环彻底氧化分解 供能。 • 20氨基酸的氧化分解途径各异，但它们都 集中形成5种产物而进入三羧酸循环，最后 氧化为CO2和水 。
返回
构成蛋白质的20种氨基酸通过转变为乙酰 CoA、α- 酮戊二酸、琥珀酰 CoA、延胡索酸以 及草酰乙酸五种物质而进入三羧酸循环。
⑤精氨酸在精氨酸酶催化下，水解为鸟氨酸 和尿素。
总反应：
•
•
• • •
说明： 形成一分子尿素可清除两分子氨基氮及一分 子二氧化碳。 尿素循环的优越性：解除氨的毒性，减少血 液的酸性 形成一分子尿素需消耗4个高能磷酸键水解释 放的自由能。 尿素形成过程在机体的不同器官，组织及细 胞内的职能分工有利于生物体的自身保护。 精氨酸代琥珀酸合成酶是尿素合成的关键酶
（1）尿素循环的提出
尿素循环：
（2）尿素的 形成过程
苹果酸 NAD
NADH+H+ 草酰乙酸
返回
①肝细胞液的谷氨酸，透过线粒体膜进入线 粒体基质，由谷氨酸脱氢酶将氨基脱下形成游离 氨。
酶：正调节剂是N-乙酰谷氨酸
②形成瓜氨酸。
③瓜氨酸形成后即离开线粒体进入细胞液。
④精氨琥珀酸在精氨琥珀酸裂解酶催化 下分解为精氨酸及延胡索酸。
9.1.2 一碳单位的产生 • 如 ： ① 甘 氨 酸 的 分 解 反 应 产 生 N5,N10,CH2,-FH4。
②丝氨酸的降解也产生N5,N10,-CH2,-FH4。
③组氨酸降解为谷氨酸也产生一碳单位。
总结
☻苏氨酸、丝氨酸、甘氨酸和色氨酸代 谢降解后可生成N10-甲酰四氢叶酸， ☻苏氨酸、丝氨酸、甘氨酸和组氨酸代 谢降解后可生成N5,N10-次甲基四氢叶 酸， ☻丝氨酸代谢降解后可生成N5,N10-亚 甲基四氢叶酸，后者可用于胸腺嘧啶 甲基的合成。
蛋白质降解和氨基酸的分解 代谢
第 一 部 分
概 论
1 机体对外源蛋白质的需要及其消化作用 • 机体摄入的蛋白质量和排出量在正常情况下处 于平衡状态，称为氮平衡。
• 高等动物摄入的蛋白质在消化道内消化后形成游 离的氨基酸，吸收入血液，供给细胞合成自身蛋 白质的需要。
• 氨基酸的分解代谢主要在肝脏进行。
1.1 氧化脱氨基作用 1.1.1 氧化脱氨基作用一般过程
实际上：
黄素蛋白
• 氨基酸的脱氨基作用如果由不需氧脱氢酶催化， 则脱出的氢不以分子氧为直接受体，而以辅酶作 为受体，然后经细胞色素体系与氧结合成水。
1.1.2 催化氧化脱氨基作用的酶 1. L-氨基酸氧化酶 ① 以黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）为辅基 ② 以黄素单核苷酸（FMN）为辅基。 说明：
• 绝大多数胺类是对动物有毒的。 – 体内有胺氧化酶，能将胺氧化为醛和氨。
氨的去路：
①在肝脏转变为尿素； ②合成氨基酸； ③合成其他含氮物； ④合成天冬酰胺和谷氨酰胺； ⑤直接排出。
6 氨基氮的排泄 • 如氨中毒：
说明：
有些微生物部分用于进行生物合成外，多余的氨 即排到周围环境中。 • 某些水生的或海洋动物，都以氨的形式 将氨基氮排除体外，这些动物称为排氨动物。 • 陆生动物加将脱下的转变为尿素。鸟类 爬虫类称为排尿酸动物。 • 有些两栖类处于中间位臵。
氨基酸的脱酰胺基作用
1.4
⑴
氨基Байду номын сангаас的转氨基作用
转氨基作用的一般概念
转氨基作用是α-氨基酸和酮酸之间 胺基的转移作用；α-氨基酸的α-氨基借 助酶的催化作用转移到酮酸的酮基上，结 果原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来 的酮酸则形成相应的氨基酸。
例：
说明： 转氨作用是氨基酸脱去氨基的一种重要方式。 构成蛋白质的氨基酸除甘氨酸、赖氨酸、苏氨酸、 脯氨酸及羟脯氨酸外，都能以不同程度参加转氨 作用。
⑵ 转氨酶 • 催化胺基反应的酶称为转氨酶，或称氨基转 换酶。 • 它们对两个底物中的一个底物，即α- 酮戊 二酸（或谷氨酸）是专一的，而对另外一个 底物则无严格的转移性。
• 参与氨基转换的α-酮酸主要是 α-酮戊二酸、 其次为草酰乙酸。
动物和高等植物的转氨酶一般只催化 L-氨基 和α-酮酸的转氨作用。
4 联合脱氨基作用 4.1 转氨酶—谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基 作用 • 氨基酸的α- 氨基先借助转氨作用转移到 α- 酮戊二酸的分子上，生成相应的α- 酮 酸和谷氨酸，然后谷氨酸在 L- 谷氨酸脱氢 酶的催化下，脱胺基生成α-酮戊二酸同时 释放出氨。
4.2 转氨酶—嘌呤核苷酸的联合脱氨基作用
–人和动物体中的L-氨基酸氧化酶属于后一类。该 酶能催化十几种氨基酸的脱氨基作用。 –对一些氨基酸必须由特殊的，专一性强的氨基酸 氧化酶催化脱氨基。
2.
D-氨基酸氧化酶， 以FAD为辅基。
3. 氧化专一氨基酸的酶 已发现的有甘氨酸氧化酶、D-天冬氨酸氧化 酶，L-谷氨酸脱氢酶等。
（1）甘氨酸氧化酶 以FAD为辅酶。
蛋白质的消化
• 蛋白质的消化：胃蛋白酶水解食物蛋白质为多肽， 再在小肠中完全水解为氨基酸。 胃蛋白酶：催化水解芳香族氨基酸（Phe/Tyr/Trp） 和蛋氨酸、亮氨酸。 胰蛋白酶：水解碱性氨基酸（Lys/Arg）羧基； 胰凝乳蛋白酶：催化断裂芳香族氨基酸 （Phe/Tyr/Trp） 弹性蛋白酶：水解脂肪族氨基酸（Ala/Ser/Thr） 等。
O NH CH C R1 R2
O NH CH C R3
O NH CH C R4
O NH CH C
胰 • Trypsin ：R1=赖氨酸Lys和精氨酸Arg侧链 蛋 （专一性较强，水解速度快）。 白 酶
水解位点
肽链
O NH CH C R1 R2
O NH CH C R3
O NH CH C R4
O NH CH C
由氨基酸衍生的其他重要物质 9.1 氨基酸与一碳单位 9.1.1 一碳单位概念 一碳单位就是指含有一个碳原子的基团，体内一碳 单位有多种形式。常见的一碳单位有甲基（ -CH3 ）、 亚甲基或甲烯基（-CH2-）、次甲基或甲炔基（=CH）、甲酰基（ -CHO ）、亚氨甲基（ -CH=NH ）、羟甲 基（-CH2OH）等
酸
转氨酶催化的反应都是可逆的。
真核细胞的线粒体和胞液中都可进行转氨作用。 在细胞不同部位的转氨酶，虽然功能相同，但结 构和性质并不相同。
哺乳动物细胞中氨基酸氨基的集合作用是在胞液 中进行的。
⑶ 转氨酶的辅基及其作用机制 • 转氨酶是以磷酸吡哆醛（胺）作为辅酶，磷酸吡 哆醛与酶蛋白是以牢固的共价键形式结合的。
• 蛋白质在哺乳动物消化道中降解为氨基酸 经过一系列的消化过程 。 • 蛋白质经各种酶的协同作用，最后全部转 变为有利氨基酸。
• 必需氨基酸与非必需氨基酸：体内不能合成， 必须由食物蛋白质供给的氨基酸称为必需氨 基酸。反之，体内能够自行合成，不必由食 物供给的氨基酸就称为非必需氨基酸。 • 必需氨基酸一共有八种：赖氨酸（Lys）、 色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、蛋氨酸 （Met）、苏氨酸（Thr）、亮氨酸（Leu）、 异亮氨酸（Ile）、缬氨酸（Val）。 • 精氨酸和组氨酸必需以必需氨基酸为原料来 合成，故被称为半必需氨基酸。
7.1经生成乙酰CoA的途径 1、经丙酮酸到乙酰CoA的途径
2、经乙酰乙酰CoA到乙酰CoA的途径
7.2α-酮戊二酸途径
7.3形成琥珀酰CoA的途径
7.4 延胡索酸途径 • 有苯丙氨酸和酪氨酸。 7.5 草酰乙酸途径： • 天冬酰胺和天冬氨酸可转变为 草酰乙酸而进入三羧酸循环。
8 . 生糖氨基酸和生酮氨基酸 • 生糖氨基酸 : 降解为柠檬酸循环中间代谢物的氨基 酸可以进入糖异生途径生成葡萄糖，这样的氨基酸 称之生糖氨基酸； • 生酮氨基酸: 而那些形成乙酰CoA的氨基酸可以成 为脂肪酸或酮体的前体，因此这类氨基酸称之生酮 氨基酸 • 生酮和生糖氨基酸 : 还有的氨基酸降解时既可生成 柠檬酸循环中间代谢物，又可生成乙酰 CoA ，这样 的氨基酸称之既生糖又生酮氨基酸 • 生酮氨基酸和生糖氨基酸的界限并不是非常严格的。
☻ γ-谷氨酰循环：是指氨基酸在小肠内
被吸收，其吸收及向细胞内转运过程是通 过谷胱甘肽起作用的，首先是谷胱甘肽对 氨基酸的转运，其次是谷胱甘肽的在合成， 称为γ-谷氨酰循环。
膜 膜内 膜外 氨基酸
γ-谷氨酰氨基酸
转 肽 酶
氨基酸
若干步反应
谷胱甘肽
γ-谷氨酰循环
蛋白质的腐败作用
• 在消化过程中，一部分未经消 化的蛋白质，以及未被吸收的 消化产物进入大肠后，受到大 肠后部细菌的作用，细菌对蛋 白质或蛋白质消化产物的作用， 称为蛋白质的腐败作用